JP2000243704A - シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温プラズマＣＶＤ法で形成する結晶質シリ
コン系薄膜光電変換層の成膜速度を高速化することによ
って、光電変換装置の生産効率を高めるとともにその性
能をも改善する。 【解決手段】 シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法
は、その光電変換装置に含まれる少なくとも結晶質光電
変換層をプラズマＣＶＤ法で堆積する条件として：プラ
ズマ反応室内の圧力が５Ｔｏｒｒ以上であり；その反応
室内において２つの放電電極が２ｃｍ以下の間隔で対向
配置させられており、少なくとも一方の放電電極の対向
面上において半導体層を堆積させるべき基板の周縁から
対向主面に平行な方向に１〜５ｃｍの距離だけ隔てられ
た帯域内の少なくとも一部に１〜５ｍｍの高さの隆起部
が設けられていることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜光電変換装置の
製造方法とその方法に関し、特に、シリコン系薄膜光電
変換装置の低コスト化と性能改善に関するものである。
なお、本明細書において、「多結晶」と「微結晶」と
「結晶質」の用語は、薄膜光電変換装置の技術分野で通
常用いられているように、部分的に非晶質状態を含むも
のをも意味するものとする。

【０００２】

【従来の技術】薄膜光電変換装置の代表的なものとして
非晶質シリコン系太陽電池があり、非晶質光電変換材料
は通常２００℃前後の低い成膜温度の下でプラズマＣＶ
Ｄ法によって形成されるので、ガラス，ステンレス，有
機フィルム等の安価な基板上に形成することができ、低
コストの光電変換装置のための有力材料として期待され
ている。また、非晶質シリコンにおいては可視光領域で
の吸収係数が大きいので、５００ｎｍ以下の薄い膜厚の
非晶質光電変換層を用いた太陽電池において１５ｍＡ／
ｃｍ² 以上の短絡電流が実現されている。

【０００３】しかし、非晶質シリコン系材料では、Steb
ler-Wronskey効果と呼ばれるように、光電変換特性が長
期間の光照射によって低下するなどの問題を抱えてお
り、さらにその有効感度波長領域の長波長側が８００ｎ
ｍ程度までである。したがって、非晶質シリコン系材料
を用いた光電変換装置においては、その信頼性や高性能
化には限界が見られ、基板選択の自由度や低コストプロ
セスを利用し得るという本来の利点が十分には生かされ
ていない。

【０００４】これに対して、近年では、たとえば多結晶
シリコンや微結晶シリコンのような結晶質シリコンを含
む薄膜を利用した光電変換装置の開発が精力的に行なわ
れている。これらの開発は、安価な基板上に低温プロセ
スで良質の結晶質シリコン薄膜を形成することによって
光電変換装置の低コスト化と高性能化を両立させるとい
う試みであり、太陽電池だけでなく光センサ等のさまざ
まな光電変換装置への応用が期待されている。

【０００５】これらの結晶質シリコン薄膜の形成方法と
しては、たとえばＣＶＤ法やスパッタリング法にて基板
上に直接堆積させるか、同様のプロセスで一旦非晶質膜
を堆積させた後に熱アニールやレーザアニールを行なう
ことによって結晶化を図るなどの方法があるが、いずれ
にしても前述のような安価な基板を用いるためには５５
０℃以下のプロセスで行なう必要がある。

【０００６】そのようなプロセスの中でも、プラズマＣ
ＶＤ法によって直接結晶質シリコン薄膜を堆積させる手
法は、プロセスの低温化や薄膜の大面積化が最も容易で
あり、しかも比較的簡便に高品質な膜が得られるものと
期待されている。このような手法で多結晶シリコン薄膜
を得る場合、高品質の結晶質シリコン薄膜を何らかのプ
ロセスで一旦基板上に形成した後に、これをシード層ま
たは結晶化制御層としてその上に成膜をすることによっ
て、比較的低温でも良質の多結晶シリコン薄膜が形成さ
れ得る。

【０００７】一方、水素でシラン系原料ガスを１０倍以
上希釈しかつプラズマ反応室内圧力を１０ｍＴｏｒｒ〜
１Ｔｏｒｒの範囲内に設定してプラズマＣＶＤ法で成膜
することによって、微結晶シリコン薄膜が得られること
はよく知られており、この場合には２００℃前後の温度
でもシリコン薄膜が容易に微結晶化され得る。たとえ
ば、微結晶シリコンのｐｉｎ接合からなる光電変換ユニ
ットを含む光電変換装置がAppl, Phys, Lett., Vol 65,
1994, p.860に記載されている。この光電変換ユニット
は、簡便にプラズマＣＶＤ法で順次積層されたｐ型半導
体層、光電変換層たるｉ型半導体層、およびｎ型半導体
層からなり、これらの半導体層のすべてが微結晶シリコ
ンであることを特徴としている。ところが、高品質の結
晶質シリコン膜、さらには高性能のシリコン系薄膜光電
変換装置を得るためには、従来の製法や条件の下ではそ
の成膜速度が厚さ方向で０．６μｍ／ｈｒに満たないほ
ど遅く、非晶質シリコン膜の場合と同程度かもしくはそ
れ以下でしかない。

【０００８】他方、低温プラズマＣＶＤ法で比較的高い
５Ｔｏｒｒの圧力条件の下でシリコン膜を形成した例
が、特開平４−１３７７２５に記載されている。しか
し、この事例はガラス等の基板上に直接シリコン薄膜を
堆積させたものであり、特開平４−１３７７２５に開示
された発明に対する比較例であって、その膜の品質は低
くて光電変換装置へ応用できるものではない。

【０００９】また、一般にプラズマＣＶＤ法の圧力条件
を高くすれば、プラズマ反応室内にパウダー状の生成物
やダストなどが大量に発生する。その場合、堆積中の膜
表面にそれらのダスト等が飛来して堆積膜中に取り込ま
れる危険性が高く、膜中のピンホールの発生原因とな
る。そして、そのような膜質の劣化を低減するために
は、反応室内のクリーニングを頻繁に行なわなければな
らなくなる。特に、５５０℃以下のような低温条件で成
膜する場合には、反応室圧力を高くした場合のこれらの
問題が顕著となる。しかも、太陽電池のような光電変換
装置の製造においては、大面積の薄膜を堆積させる必要
があるので、製品歩留りの低下や成膜装置維持管理ため
の労力およびコストの増大という問題を招く。

【００１０】したがって、薄膜光電変換装置をプラズマ
ＣＶＤ法を用いて製造する場合には、上述のように従来
から通常は１Ｔｏｒｒ以下の圧力条件が用いられてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述のような結晶質シ
リコン系薄膜光電変換層を含む多結晶型光電変換装置に
おいては、以下のような問題がある。すなわち、多結晶
シリコンであろうと部分的に非晶質相を含む微結晶シリ
コンであろうと、それを太陽電池の光電変換層として用
いる場合には、結晶質シリコンの吸収係数を考えれば、
太陽光を十分に吸収させるためには少なくとも数μｍか
ら数十μｍもの膜厚が要求される。これは、非晶質シリ
コン光電変換層の場合に比べれば１桁弱から２桁も厚い
ことになる。

【００１２】しかるに、これまでの技術によれば、プラ
ズマＣＶＤ法によって低温で良質の結晶質シリコン系薄
膜を得るためには、温度，反応室内圧力，高周波パワ
ー，ならびにガス流量比というような種々の成膜条件パ
ラメータを検討しても、その成膜速度は非晶質シリコン
膜の場合と同程度もしくはそれ以下であって、たとえば
０．６μｍ／ｈｒ程度にしかならなかった。この問題を
言い換えれば、結晶質シリコン薄膜光電変換層は非晶質
シリコン光電変換層の何倍から何１０倍もの成膜時間を
要することになり、光電変換装置の製造工程のスループ
ットの向上が困難となって低コスト化の妨げとなる。

【００１３】上述のような従来技術の課題に鑑み、本発
明の目的は、低温プラズマＣＶＤ法で形成する結晶質シ
リコン系光電変換層の成膜速度を高めて製造工程のスル
ープットを向上させ、かつ光電変換装置の性能を改善す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によるシリコン系
薄膜光電変換装置の製造方法においては、その光電変換
装置が基板上に形成された少なくとも１つの光電変換ユ
ニットを含み、この光電変換ユニットはプラズマＣＶＤ
法によって順次積層された１導電型半導体層と、結晶質
シリコン系薄膜光電変換層と、逆導電型半導体層とを含
むものであり、その光電変換ユニットに含まれる少なく
とも結晶質光電変換層をプラズマＣＶＤ法で堆積する条
件として：プラズマ反応室内の圧力が５Ｔｏｒｒ以上で
あり；その反応室内において第１の放電電極上に基板が
配置され；第１の放電電極に対向して第２の放電電極が
配置され；第１と第２の放電電極の互いに対向する主面
は２ｃｍ以下の距離で隔てられており、；第１と第２の
放電電極の少なくとも一方の対向主面上において基板の
周縁から対向主面に平行な方向に１〜５ｃｍの範囲内の
距離だけ隔てられた帯域内の少なくとも一部において１
〜５ｍｍの高さの隆起部が設けられていることを特徴と
している。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の１つの実施の形
態により製造されるシリコン系薄膜光電変換装置を模式
的な斜視図で図解している。この光電変換装置の基板１
０１にはステンレス等の金属、有機フィルム、または低
融点の安価なガラス等が用いられ得る。

【００１６】基板１０１上の裏面電極１１０は、下記の
薄膜（Ａ）と（Ｂ）のうちの１以上を含み、たとえば蒸
着法やスパッタリング法によって形成され得る。 （Ａ） Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，ＣｕおよびＰ
ｔから選択された少なくとも１以上の金属またはこれら
の合金からなる層を含む金属薄膜。 （Ｂ） ＩＴＯ，ＳｎＯ₂ およびＺｎＯから選択された
少なくとも１以上の酸化物からなる層を含む透明導電性
薄膜。

【００１７】裏面電極１１０上には光電変換ユニット１
１１の内の１導電型半導体層１０４がプラズマＣＶＤ法
にて堆積される。この１導電型半導体層１０４として
は、たとえば導電型決定不純物原子であるリンが０．０
１原子％以上ドープされたｎ型シリコン層、またはボロ
ンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型シリコン層な
どが用いられ得る。しかし、１導電型半導体層１０４に
関するこれらの条件は限定的なものではなく、不純物原
子としてはたとえばｐ型シリコン層においてはアルミニ
ウム等でもよく、またシリコンカーバイドやシリコンゲ
ルマニウムなどの合金材料を用いてもよい。１導電型シ
リコン系薄膜１０４は、多結晶，微結晶，または非晶質
のいずれでもよく、その膜厚は１〜１００ｎｍの範囲内
に設定され、より好ましくは２〜３０ｎｍの範囲内に設
定される。

【００１８】結晶質シリコン系薄膜の光電変換層１０５
としては、ノンドープのｉ型多結晶シリコン薄膜や体積
結晶化分率８０％以上のｉ型微結晶シリコン薄膜、また
は微量の不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型で光電変換
効率を十分に備えているシリコン系薄膜材料が使用され
得る。また、光電変換層１０５はこれらの材料に限定さ
れず、シリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等の
合金材料を用いてもよい。光電変換層１０５の膜厚は
０．５〜２０μｍの範囲内にあり、結晶質シリコン薄膜
光電変換層として必要かつ十分な膜厚を有している。

【００１９】結晶質シリコン系光電変換層１０５の成膜
は、通常に広く用いられている平行平板型ＲＦプラズマ
ＣＶＤ法で行なわれ得るほか、周波数が１５０ＭＨｚ以
下でＲＦ帯からＶＨＦ帯までの高周波電源を用いたプラ
ズマＣＶＤ法で行なわれてもよい。

【００２０】なお、これらのプラズマＣＶＤ法における
結晶質シリコン系光電変換層１０５の成膜温度は、上述
した安価な基板が使用され得る５５０℃以下である。

【００２１】結晶質シリコン系薄膜光電変換層１０５の
堆積時において、プラズマＣＶＤ反応室内圧力が５Ｔｏ
ｒｒ以上に設定される。そのときの高周波パワー密度は
１００ｍＷ／ｃｍ² 以上であることが好ましい。また、
反応室内に導入されるガスの主成分としてシラン系ガス
と水素ガスを含み、かつシラン系ガスに対する水素ガス
の流量比は５０倍以上にされることが好ましく、１００
倍以上にされることがさらに好ましい。

【００２２】シラン系ガスとしてはモノシラン，ジシラ
ン等が好ましいが、これらに加えて四フッ化ケイ素，四
塩化ケイ素，ジクロルシラン等のハロゲン化ケイ素ガス
を用いてもよい。また、これらに加えて希ガス等の不活
性ガス、好ましくはヘリウム，ネオン，アルゴン等を用
いもよい。以上のような結晶質シリコン系光電変換層１
０５の形成条件において、その成膜速度が１μｍ／時以
上にされ得る。

【００２３】ここで、５Ｔｏｒｒ以上の反応ガス圧のも
とで成膜を行なう場合、一般にプラズマ放電を維持する
ためには電極間距離を２ｃｍ以下にする必要があり、安
定した放電を得るために通常は電極間距離が１．５ｃｍ
以内にされる。しかし、電極間距離を１．５ｃｍ以内に
すれば、その間に導入された反応ガスの流路が狭いこと
に起因するガス流の不均一性の影響を受けて、堆積され
るシリコン系薄膜がその面内において局所的に不均一に
なりやすい。この不均一性は、堆積速度を速くすればす
るほど、また、水素による希釈量を多くすればするほど
顕著になる傾向にある。

【００２４】そこで、本発明は、図２と図３において模
式的に図解されているような放電電極を用いることが好
ましい。図２は基板１０１を配置するための基板電極１
の平面図を示し、図３は図２中の線３Ａ−３Ａに沿った
断面図を表わしている。これらの図からわかるように、
基板電極１の中央部に基板１０１が配置される。基板１
０１の周縁から１〜５ｃｍの範囲内の距離だけ隔てられ
た帯域内において複数のアイランド状の隆起部１ａが設
けられている。図２と図３の例では、この隆起部１ａは
半球状の導体で形成されている。このような基板電極１
に対して、もう１つの平板電極（図示せず）が対向電極
として対面配置させられる。

【００２５】このとき、反応ガス圧が５Ｔｏｒｒ以上の
場合では、前述のように一般には電極間距離を１．５ｃ
ｍ以下にしなければプラズマ放電を安定に維持すること
が困難であるが、隆起部１ａは放電を安定化して維持す
るアンカー部として働き、電極間距離を１．５ｃｍ以上
に広げることを可能にするとともに、プラズマ全体を安
定化するように作用する。

【００２６】このようなアンカー部１ａにおける放電は
電極１の他の平面部分における放電より強くなるが、５
Ｔｏｒｒ以上の反応ガス圧のもとでは、その強い放電領
域はアンカー部１ａの周囲から１ｃｍ以内の範囲内に収
まるので、アンカー部１ａから１ｃｍ以上離れた基板１
０１に対してはほとんど影響を与えることがない。他
方、アンカー部１ａと基板１０１の周縁との距離がさら
に大きくなれば放電領域が基板１０１に及ぼす影響がさ
らに小さくなるが、無駄な放電領域が増えるので、原料
ガスやＲＦ出力の無駄を生じるとともに、不所望な析出
粒子（ダスト）の発生が多くなるなどの問題を生じる。
したがって、アンカー部１ａと基板１０１の周縁との間
隔は５ｃｍ以内であることも望まれ、３ｃｍ以内である
ことがより好ましい。

【００２７】他方、反応ガス圧が５Ｔｏｒｒ未満の場
合、安定なプラズマ放電を得るためには、電極間距離を
２ｃｍ以上に広げなければならない。また、５Ｔｏｒｒ
未満の圧力条件のもとでは、プラズマ放電領域が広がり
やすくなって、放電状態が電極間距離の大小に対して鈍
感になる。したがって、５Ｔｏｒｒ未満の圧力のもとで
は、隆起部１ａがアンカー効果を発揮するには、１ｃｍ
以上の高さが必要となる。しかし、このような場合に、
たとえば電極間距離を２ｃｍから３ｃｍに拡大しても、
堆積膜の均一性にはあまり差がなくて、アンカー効果に
よる利点が小さい。逆に、電極間距離が広くなることに
より、成膜速度が遅くなるという不利益が大きくなる。
すなわち、アンカー効果は、反応ガス圧が５Ｔｏｒｒ以
上であって電極間距離を小さくする必要がある場合に大
きな利益をもたらすものであり、隆起部の高さは一般に
１〜５ｍｍの範囲内にあることが好ましい。

【００２８】ところで、アンカー効果を生じる隆起部と
しては、図２と図３に示された隆起部１ａのように半球
状アイランド以外に他の形状のアラインドを用いること
もでき、図４および図に示されているような帯状の隆起
部を用いてもよい。すなわち、図４は本発明において好
ましく用いられ得る放電電極のもう１つの例を示す平面
図であり、図５は図４中の線５Ａ−５Ａに沿った断面図
を示している。これらの図に示された電極１において
も、その中央部に基板１０１が配置される。しかし、ア
ンカー部としては、正方形の横断面を有する連続的な帯
状隆起部１ｂが形成されている。また、このような帯状
隆起部は、途中の複数箇所で分離された複数の棒状隆起
部に変更されてもよい。また、これらの隆起部は基板電
極上に限られず、その代わりに対向電極上に設けられて
もよく、また、それら双方の電極上に設けられてもよい
ことはいうまでもない。

【００２９】このように、アンカー部として種々の形状
の隆起部を形成することが可能である。しかし、隆起部
近傍では一般に放電が強くなるので、針状のように鋭角
の突起を有する隆起部では、その鋭角表面における放電
パワー密度が強くなりすぎて隆起部自体がプラズマによ
ってスパッタされるおそれがある。したがって、アンカ
ー部は、鈍角表面で構成された隆起部として形成される
ことが好ましい。

【００３０】また、隆起部の表面積は大きい方が放電が
安定してアンカー効果が大きくなるが、その表面積があ
まりに大きくなれば、アンカー部で消費される放電パワ
ーが大きくなって基板上への膜の堆積速度が遅くなる。
他方、隆起部の表面積が小さすぎれば、当然ながらアン
カー効果は小さくなり、安定した放電が期待できなくな
る。すなわち、アンカー部の表面積は、反応ガスの圧
力、流量、組成などの他に放電パワー、基板の大きさ、
電極の形状などを考慮して好ましい範囲内の値に設定す
ることができる。

【００３１】以上のようにして堆積された結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換層１０５に含まれる結晶粒の多くは、
下地層１０４から上方に柱状に延びて成長している。こ
れらの多くの結晶粒は膜面に平行に（１１０）の優先結
晶配向面を有し、そのＸ線回折で求めた（２２０）回折
ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比は１／５
以下であることが好ましく、１／１０以下であることが
より好ましい。また、下地層である１導電型層１０４の
表面形状が実質的に平面である場合でも、光電変換層１
０５の形成後のその表面にはその膜厚よりも約１桁ほど
小さい間隔の微細な凹凸を有する表面テクスチャ構造が
形成される。

【００３２】また、得られる結晶質シリコン系薄膜１０
５は、２次イオン質量分析法により求められる水素含有
量が０．５原子％以上で３０原子％以下の範囲内にある
ことが好ましく、１原子％以上で２０原子％以下の範囲
内にあることがより好ましい。

【００３３】本発明における結晶質シリコン系薄膜光電
変換層１０５の形成方法では、従来の１Ｔｏｒｒ以下の
圧力条件に比べて高圧力が用いられるので、膜中のイオ
ンダメージが極力低減できる。したがって、成膜速度を
速めるために高周波パワーを高くしたりガス流量を増加
させても、堆積膜表面でのイオンダメージが少なくて、
良質の膜が高速度で形成され得る。また、高圧力条件で
成膜を行なえば反応室内のパウダー生成による汚染が懸
念されるが、原料ガスが水素のような高熱伝導性ガスで
大量に希釈されているので、このような問題も起こりに
くい。

【００３４】さらに、以下のような理由により、本発明
では、従来法の場合に比べて高品質の結晶質シリコン系
薄膜１０５が得られる。まず、成膜速度が速いので、反
応室内に残留している酸素や窒素等の不純物原子が膜中
に取り込まれる割合が減少する。また、膜成長初期にお
ける結晶核生成時間が短いために相対的に核発生密度が
減少し、大粒径で強く結晶配向した結晶粒が形成されや
すくなる。さらに、高圧力で成膜すれば、結晶粒界や粒
内の欠陥が水素でパッシベーションされやすく、それら
の欠陥密度も減少する。

【００３５】光電変換層１０５上には、その下地層１０
４とは逆タイプの導電型半導体層１０６としてのシリコ
ン系薄膜が、プラズマＣＶＤ法によって堆積される。こ
の逆導電型シリコン系薄膜１０６としては、たとえば導
電型決定不純物原子であるボロンが０．０１原子％以上
ドープされたｐ型シリコン薄膜、またはリンが０．０１
原子％以上ドープされたｎ型シリコン薄膜などが用いら
れ得る。しかし、逆導電型半導体層１０６についてのこ
れらの条件は限定的なものではなく、不純物原子として
はたとえばｐ型シリコンにおいてはアルミニウム等でも
よく、またシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム
等の合金材料の膜を用いてもよい。この逆導電型シリコ
ン系薄膜１０６は、多結晶，微結晶，または非晶質のい
ずれでもよく、その膜厚は３〜１００ｎｍの範囲内に設
定され、より好ましくは５〜５０ｎｍの範囲内に設定さ
れる。

【００３６】光電変換ユニット１１１上には、ＩＴＯ，
ＳｎＯ₂ ，ＺｎＯ等から選択された少なくとも１以上の
層からなる透明導電性酸化膜１０７が形成され、さらに
この上にグリッド電極としてＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，
Ｐｔ等から選択された少なくとも１以上の金属またはこ
れらの合金の層を含む櫛形状の金属電極１０８がスパッ
タリング法または蒸着法によって形成され、これによっ
て図１に示されているような多結晶型シリコン系薄膜光
電変換装置が完成する。

【００３７】なお、図１の光電変換装置は単一の多結晶
型光電変換ユニットのみを含んでいるが、これに加えて
少なくとももう１つの多結晶型または周知の非結晶質型
の光電変換ユニットが積層されて含められてもよいこと
は言うまでもない。

【００３８】

【実施例】以下において、本発明の実施例の製造方法に
よるシリコン系薄膜光電変換装置としてのシリコン系薄
膜太陽電池が、参考例の製造方法による太陽電池ととも
に説明される。

【００３９】（参考例１）まず、図１の実施の形態に類
似して、参考例１としての多結晶型シリコン薄膜太陽電
池の作製が試みられた。この参考例１の太陽電池におけ
る光電変換層１０５を堆積するために、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電源を用いたＲＦプラズマＣＶＤ法におい
て、７Ｔｏｒｒの反応室圧力、１：１７０のシランと水
素の流量比、３００ｍＷ／ｃｍ² の放電パワー密度、そ
して２ｃｍの電極間距離の条件のもとでプラズマを発生
させようとしたが、プラズマが不安定で２つの電極表面
近傍に分離したり放電が停止して成膜することができな
かった。

【００４０】（参考例２）次に、図１の実施の形態に類
似して、参考例２としての多結晶型シリコン薄膜太陽電
池が実際に作製された。ガラス基板１０１上に裏面電極
１１０として、厚さ３００ｎｍのＡｇ膜１０２とその上
の厚さ１００ｎｍのＺｎＯ膜１０３のそれぞれがスパッ
タリング法によって形成された。裏面電極１１０上に
は、厚さ３０ｎｍでリンドープされたｎ型微結晶シリコ
ン層１０４、厚さ３μｍでノンドープの結晶質シリコン
薄膜光電変換層１０５、および厚さ１５ｎｍでボロンド
ープされたｐ型微結晶シリコン層１０６がそれぞれＲＦ
プラズマＣＶＤ法により成膜され、ｎｉｐ光電変換ユニ
ット１１１が形成された。光電変換ユニット１１１上に
は、前面電極１０７として、厚さ８０ｎｍの透明導電性
ＩＴＯ膜がスパッタリング法にて堆積され、その上に電
流取出のための櫛形Ａｇ電極１０８が蒸着法にて堆積さ
れた。

【００４１】結晶質シリコン薄膜光電変換層１０５は、
１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用いたＲＦプラズマＣ
ＶＤ法により堆積された。そのときに用いられた反応ガ
スにおいてはシランと水素の流量比が１：１７０で混合
され、反応室の圧力は７Ｔｏｒｒに設定された。また、
放電パワー密度は３００ｍＷ／ｃｍ² であり、基板温度
は１８０℃に設定された。

【００４２】この参考例２の多結晶型シリコン薄膜太陽
電池に入射光１０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ
／ｃｍ² の光量で照射したときの出力特性においては、
開放端電圧が０．５０１Ｖ、短絡電流密度が２２．９ｍ
Ａ／ｃｍ² 、曲線因子が７６．５％、そして変換効率が
８．８９％であった。ただし、この太陽電池の膜面に平
行な局所的な場所における変換効率の分布には、約１３
％の変動が含まれていた。

【００４３】（実施例１）実施例１においては、参考例
２に類似した多結晶型シリコン薄膜太陽電池が作製され
た。すなわち、この実施例１は、アンカー部を有する放
電電極を用いて結晶質光電変換層１０５が堆積されたこ
とのみにおいて参考例２と異なっている。このとき、ア
ンカー部として半径５ｍｍの半球状の隆起物が用いられ
た。それらの隆起物は基板の周縁から１．５ｃｍの距離
だけ隔てられ、８個の隆起部が等間隔に配置されてい
た。そして、１．８ｃｍの電極間距離の条件のもとにお
いて、結晶質光電変換層１０５が堆積された。

【００４４】この実施例１の多結晶型シリコン薄膜太陽
電池に参考例２の場合と同じ条件で光照射したときの出
力特性は参考例２の太陽電池とほとんど変わらなかった
が、太陽電池の膜面に平行な局所的な場所における変換
効率の分布は約７％の範囲内の変動に収まっていた。す
なわち、実施例１の太陽電池では、参考例２に比べて、
半導体層の膜面に平行な方向における均一性が改善さ
れ、１つの基板上の太陽電池における変換効率の場所的
な不均一性が改善され得ることがわかる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、安価に
基板上に結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層をプラ
ズマＣＶＤ法によって低温で形成する際に従来に比べて
成膜速度を大幅に向上させることができ、しかも良好な
膜質が得られるので、シリコン系薄膜光電変換装置の高
性能化と低コスト化の両方に大きく貢献することができ
る。

【００４６】特に、少なくとも結晶質光電変換層の成長
中に隆起部を含む放電電極を用いることによって、最終
的に得られる光電変換装置の膜面に平行な方向における
出力特性のばらつきを軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施の形態による多結晶型シリ
コン系薄膜光電変換装置を示す模式的な斜視図である。

【図２】複数の隆起部を含む放電電極を示す模式的な平
面図である。

【図３】図２中の線３Ａ−３Ａに沿った断面図である。

【図４】連続的な帯状の隆起部を含む放電電極を示す模
式的な平面図である。

【図５】図４中の線５Ａ−５Ａに沿った断面図である。

【符号の説明】

１：放電電極 １ａ：半球状の隆起部 １ｂ：正方形断面を有する連続的な帯状の隆起部 １０１：ガラス等の基板 １０２：Ａｇ等の膜 １０３：ＺｎＯ等の膜 １０４：１導電型シリコン層 １０５：結晶質シリコン光電変換層 １０６：逆導電型シリコン層 １０７：ＩＴＯ等の透明導電膜 １０８：Ａｇ等の櫛形電極 １０９：照射光 １１０：裏面電極 １１１：多結晶型シリコン光電変換ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F045 AA08 AB03 AB04 AC01 AD04 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AE21 AE23 AE25 AF10 BB08 CA13 DA61 DA68 5F051 AA03 BA14 CA15 CA23 CA35 DA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法
   であって、 前記光電変換装置は基板上に形成された少なくとも１つ
   の光電変換ユニットを含み、前記光電変換ユニットの少
   なくとも１つはプラズマＣＶＤ法によって順次積層され
   た１導電型半導体層と、結晶質シリコン系薄膜光電変換
   層と、逆導電型半導体層とを含むものであり、 前記光電変換ユニットに含まれる少なくとも前記結晶質
   光電変換層を前記プラズマＣＶＤ法で堆積する条件とし
   て、 プラズマ反応室内の圧力が５Ｔｏｒｒ以上であり、 前記反応室内において第１の放電電極上に前記基板が配
   置され、 前記第１の放電電極に対向して第２の放電電極が配置さ
   れ、 前記第１と第２の放電電極の互いに対向する主面は２ｃ
   ｍ以下の距離で隔てられており、 前記第１と第２の放電電極の少なくとも一方の前記対向
   主面上において、前記基板の周縁から前記対向主面に平
   行な方向に１〜５ｃｍの範囲内の距離だけ隔てられた帯
   域内の少なくとも一部において１〜５ｍｍの高さの隆起
   部が設けられていることを特徴とするシリコン系薄膜光
   電変換装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記隆起部はアイランド状、断片的な棒
   状、または連続的な帯状に形成されていることを特徴と
   する請求項１に記載のシリコン系薄膜光電変換装置の製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記結晶質光電変換層の堆積時に使用さ
   れる原料ガスはシラン系ガスと水素とを主成分として含
   み、前記シラン系ガス／前記水素の流量比が１／１００
   〜１／５００の範囲内にあり、プラズマ放電密度が１０
   ０ｍＷ／ｃｍ ² 以上に設定され、そして前記結晶質光電
   変換層が厚さ方向に１μｍ／ｈｒ以上の速度で堆積され
   ることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン
   系薄膜光電変換装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記結晶質光電変換層はその膜面に平行
   に（１１０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ線回折に
   おける（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピ
   ークの強度比が１／５以下であることを特徴とする請求
   項１から３のいずれかの項に記載のシリコン系薄膜光電
   変換装置の製造方法。